Introducción a los sistemas electromecánicos

• Ing. Luis Ignacio Cárdenas Chepetla

• Ingeniero Industrial en Electrónica

• RCDD

• luis_cardenas68@yahoo.com

Inducción ElectromagnéticaCuando un circuito tiene una variación de flujo

magnético, se induce en él una fuerza electromotriz

• Ley de Lenz– La corriente inducida tiende a oponerse a la causa

que la produce

• Ley de Faraday de la inducción Electromagnética– El valor de la fem inducida en una bobina es

proporcional a la variación de flujo por unidad de tiempo y al número de espiras de la bobina

• FEM inducida en un conductor móvil– La fem inducida en un conductor rectilíneo de longitud

l que se desplaza con una velocidad v perpendicular a un campo magnético de inducción B viene dado por:

Donde:B,l y v mutuamente perpendiculares. La fem se mide en voltios cuando B se expresa en Teslas o WB/m2, l en m y v en m/s

• Permeabilidad Magnética: la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos

• La permeabilidad magnética relativa:

• Intensidad del Campo Magnético H

Transformadores

• Transformador: consiste de dos devanados muy compactos acoplados entre sí con un núcleo de hierro pero aislados entre sí.

TransformadoresLa inducción mutua es la inducción de una fem en una bobina como resultado de un cambio de corriente en una bobina o conductor vecino

El embobinado al cual se le aplica una fuente de voltaje ca se le llama primario. Genera un campo magnético que enlaza las vueltas de la otra bobina , llamada secundario y genera un voltaje en ella.

Transformador reductor

Cuando el número de vueltas del secundario es menor Que el número de vueltas que el primario el transformador esUn trasformador reductor

Transformador Elevador

Cuando el número de vueltas del secundario es mayor Que el número de vueltas que el primario el transformador esUn trasformador elevador

La potencia es igual en el primario que en el secundario

Construcción de los transformadoresDe núcleo abierto: el primario y el secundario se embobinan sobre núcleo cilíndrico

De núcleo cerrado: Mejora la eficiencia del transformador ofreciendo más trayectorias de hierro y menos trayectorias al aire.

De núcleo acorazado: Proporciona dos trayectorias magnéticas en paralelo para el campo magnético de manera que permite el acoplamiento máximo obtenible entre el primario y el secundario.

Autotransformador

• Los autotransformadores hacen uso común de parte de un devanado para ambos del primario y el secundario

Pérdidas en los transformadores

Transformador de ca

Conexión Delta-Delta

Conexión Estrella-Estrella

Conexión Estrella-Delta

MÁQUINAS ROTATIVAS

Las máquinas rotativas, tienen algún órgano móvil capaz de girar libremente sobre su eje. A este grupo pertenecen los motores eléctricos y los generadores electromecánicos prácticamente en su totalidad.

Motor Eléctrico

• Elementos que componen al motor eléctrico– La carcasa o caja que envuelve las partes eléctricas del

motor, es la parte externa.– El inductor, llamado estartor cuando se trata de motores de

corriente alterna, consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado estatórico, que es una parte fija y unida a la carcasa.

– El inducido, llamado rotor cuando se trata de motores de corriente alterna, consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado rotórico, que constituye la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor

CLASIFICACIÓN DE MOTORES

• 1. Motores de corriente alterna, se usan mucho en la industria, sobretodo, el motor trifásico asíncrono de jaula de ardilla.

• 2. Motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando se necesita precisión en la velocidad, montacargas, locomoción, etc.

• 3. Motores universales. Son los que pueden funcionan con corriente alterna o continua, se usan mucho en electrodomésticos. Son los motores con colector.

Motor de corriente alterna

• Por su velocidad de giro:• Asíncronos. Un motor se considera asíncrono

cuando la velocidad del campo magnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor.

• Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético del estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Recordar que el rotor es la parte móvil del motor.

• Por el tipo de rotor:– Motores de anillos rozantes.

– Motores con colector.

– Motores de jaula de ardilla.

• Por su número de fases de alimentación– Motores monofásicos.– Motores bifásicos.– Motores trifásicos.– Motores con arranque auxiliar bobinado.– Motores con arranque auxiliar bobinado y con

condensador.

• Motor monofásico.• Este tipo de motor es muy utilizado en

electrodomésticos porque pueden funcionar con redes monofásicas algo que ocurre con nuestras viviendas.En los motores monofásicos no resulta sencillo iniciar el campo giratorio, por lo cual, se tiene que usar algún elemento auxiliar. Dependiendo del método empleado en el arranque, podemos distinguir dos grandes grupos de motores monofásicos:

• Motor monofásico de inducción.• Su funcionamiento es el mismo que el de los

motores asíncronos de inducción. Dentro de este primer grupo disponemos de los siguientes motores:

• 1. De polos auxiliares o también llamados de fase partida.2. Con condensador.3. Con espira en cortocircuito o también llamados de polos partidos.

• Motor monofásico de colector.• Son similares a los motores de corriente

continua respecto a su funcionamiento. Existen dos clases de estos motores:

• 1. Universales.2. De repulsión.

• Motor monofásico de fase partida.• Este tipo de motor tiene dos devanados bien

diferenciados, un devanado principal y otro devanado auxiliar. El devanado auxiliar es el que provoca el arranque del motor, gracias a que desfasa un flujo magnético respecto al flujo del devanado principal, de esta manera, logra tener dos fases en el momento del arranque

• Motor monofásico de condensador• Son tecnicamente mejores que los motores de

fase partida. También disponen de dos devanados, uno auxiliar y otro principal. Sobre el devanado auxiliar se coloca un condensador en serie, que tiene como función el de aumentar el par de arranque, entre 2 y 4 veces el par normal

• Motor monofásico con espira en cortocircuito.

• Son también llamados motores monofásicos de polos partidos.Este tipo de motor no lleva devanado auxiliar, en su lugar se coloca una espira (vamos a llamarle minibobina) alrededor de una de las masas polares, al menos, en un tercio de la masa.

• Motor universal.• El motor universal es un tipo de motor que

puede ser alimentado con corriente alterna o con corriente continua, es indistinto. Sus características principales no varían significativamente, sean alimentados de una forma u otra. Por regla general, se utilizan con corriente alterna.

Motores trifásicos

• Motor trifásico asíncrono.

• Motores asíncronos de rotor en cortocircuito (rotor de jaula de ardilla y sus derivados)

• y los motores asíncronos con rotor bobinado (anillos rozantes).

Motores trifásicos

• Los motores asíncronos generan un campo magnético giratorio y se les llaman asíncronos porque la parte giratoria, el rotor, y el campo magnético provocado por la parte fija, el estartor, tienen velocidad desigual. Ha esta desigualdad de velocidad se denomina deslizamiento.

Motores trifásicos

Motor trifásico síncrono.

Funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro de la familia de los motores síncronos debemos distinguir:

1. Los motores síncronos.2. Los motores asíncronos sincronizados.3. Los motores de imán permanente.

Motores trifásicos

• Arranque de un motor trifásico síncrono.

1. Utilizando un motor secundario o auxiliar para el arranque.2. Como un motor asíncrono, usando un tipo de arrollamiento diferente: llevará unos anillos rozantes que conectarán la rueda polar del motor con el arrancador.

Otros motores

• Motor paso a paso.

• Este tipo de motor de motor es empleado cuando se hace imprescindible controlar exactamente las revoluciones o las partes de vueltas.Son utilizados, principalmente, en máquinas pequeñas de oficina, como pueden ser impresoras, fotocopiadoras, faxes, etc

• Hay tres tipos de éstos motores, a saber:• 1. De excitación unipolar.

2. De excitación bipolar.3. Híbridos.

Motores de corriente cotínua• Los motores de corriente continua están formados principalmente

por:• 1. Estator. El estator lleva el bobinado inductor. Soporta la culata, que

no es otra cosa que un aro acero laminado, donde están situados los núcleos de los polos principales, aquí es donde se sitúa el bobinado encargado de producir el campo magnético de excitación.

• 2. Rotor. Esta construido con chapas superpuestas y magnéticas. Dichas chapas, tienen unas ranuras en donde se alojan los bobinados.

• 3. Colector. Es donde se conectan los diferentes bobinados del inducido.

• 4. Escobillas. Las escobillas son las que recogen la electricidad. Es la principal causa de avería en esta clase de motores, solo hay que cambiarlas con el mantenimiento habitual.

Motores de corriente contínua

• La clasificación de este tipo de motores se realiza en función de los bobinados del inductor y del inducido:– - Motores de excitación en serie.– - Motores de excitación en paralelo.– - Motores de excitación compuesta.

• Motor de excitación en serie.

• La conexión del devanado de excitación se realiza en serie con el devanado del inducido, como se puede observar en el dibujo

• Motor de excitación en paralelo

• El devanado de excitación está conectado en paralelo al devanado del inducido

• De excitación compuesta o compound

• El devanado es dividido en dos partes, una está conectada en serie con el inducido y la otra en paralelo